art 3 - XenoZone

Оптимизация комбинированного VUV/UV/O3/H2O2 способа деструкции
органических соединений и метода удаления кислорода из конденсата
С. В. Изюмов, В. Ф. Чабак*); Е. Ю. Щекотов, Д. Е. Щекотов**; И. В. Кочетов, А. П.
Напартович;***) В. Ф. Тяпков****), В. П. Поваров, М. Г. Щедрин, С. А. Воробьев*****)
*) НИЦ «Курчатовский институт»
**) ООО ИТЦ «Комплексные исследования»
***) ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ»
****) ОАО «ВНИИАЭС»
*****) Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Нововоронежская атомная станция»
Введение. Для подготовки технической воды в промышленности используется
метод, основанный на испарении и конденсации воды, имеющей загрязнения
неорганическими и органическими соединениями. Для дальнейшего применения этого
конденсата, как правило, требуется снижение концентрации ТОС (общего органического
углерода) от 1-4 мг/дм3 до 100-500 мкг/дм3, а также уменьшение концентрации кислорода
до 20 мкг/дм3.
Методы. Целью настоящей работы было исследование и оптимизация метода
удаления органических соединений из конденсата с использованием комбинированного
VUV/UV/O3/H2O2 АОР процесса (VUV-вакуумный ультрафиолет; UV-фиолетовое
излучение; O3-озон; H2O2- пероксид водорода; AOP - Advanced Oxidation Processes
эффективные окислительные процессы). Исследования проводились на пилотной
установке, имевшей скорость обрабатываемого потока около 4 м3/час. Использовалось 5
VUV генераторов ОН-радикалов и озона на базе эксимерных ксеноновых ламп
вакуумного спектрального диапазона (172 нм) с накачкой импульсным барьерным
электрическим разрядом мощностью 120 Вт. Полая эксимерная лампа VUV генератора
позволяет получать до 4 г озона в час и генерировать радикалы ОН в воде. В качестве UV
источника применялась установка с ртутными ультрафиолетовыми лампами низкого
давления суммарной мощности излучения 600 Вт (254 нм). Дозирование перекиси
водорода осуществлялось в диапазоне от 1 до 100 мг/дм3. Установка работала
автоматически в режиме проточного реактора и реактора с рециркуляцией с баком
емкостью 2.3 м3. Для нейтрализации О3, О2 и Н2О2 применялся палладиевый катализатор,
осажденный на анионитной ионообменной смоле. Нейтрализация кислорода
осуществлялась при добавлении водорода, получаемого с помощью электролизера, в
обработанную воду. Производительность электролизера – 16 дм3/час водорода. В
экспериментах измерялись: рН раствора, ТОС, концентрация О2 в воде, проводимость,
температура и давление конденсата. Для оптимизации VUV-генератора по
производительности озона разработана численная модель процесса образования О 3 в
воздухе и кислороде с учетом влажности в газовой смеси при использовании эксимерной
(172 нм) и ртутной лампы с одновременной генерацией на длинах волн 185 нм и 254 нм.
Результаты. Исследования показали, что комбинированный VUV/UV/O3/H2O
процесс является эффективным средством удаления ТОС из конденсата. В проточном
режиме работы реактора с расходом 3.96 м3/час достигнута степень деструкции
органических соединений > 50% при концентрации перекиси водорода ~60 мг/дм3. В
режиме рециркуляции при полном объеме воды в установке 2.3 м3 за 200 минут
достигнута концентрация ТОС 67 мкг/дм3 от начальной концентрации ТОС 640 мкг/дм3
(деструкция ~ 90%). Удаление органического углерода сопровождается падением
значения параметра рН, который при деструкции 90% постепенно восстанавливается к
начальному значению. Замедление скорости разложения органики в режиме
рециркуляции при деструкции >90%, как показывают модельные эксперименты,
1
проводившиеся с различными органическими соединениями, в том числе с конденсатом,
связано с образованием муравьиной и уксусной кислот, имеющих на 2 порядка меньшую
константу скорости реакции с ОН-радикалом, чем тяжелые органические молекулы. При
требовании снижения концентрации кислорода в обработанном растворе целесообразно
работать в режиме с постепенным снижением концентрации перекиси водорода от
начального значения 50 мг/дм3 до 2 мг/дм3 в последней фазе окисления. На палладиевом
катализаторе объемом 30 дм3 при скорости протока обработанного раствора через фильтр
0,36 м3/час с реализованной системой растворения водорода получено снижение
концентрации кислорода до 100 мкг/дм3. Результаты численного моделирования процесса
генерации озона при воздействии VUV излучения ксеноновой и ртутной ламп хорошо
согласуются с измеренными значениями концентрации озона и производительности его
генерации при заданной скорости протока воздуха и чистого кислорода, а также разумно
описывают влияние уровня концентрации паров воды в газе.
2